国家实验室管理文化冲突及消解——以武汉光电国家研究中心为例

国家实验室建设是推进创新型国家建设的战略性举措,是强化国家战略科技力量的重要抓手。国家实验室管理中的文化冲突一是地方文化与外来文化的冲突,二是学术文化与企业文化的冲突;冲突的内部根源是不同的文化特征,外部根源在于领导者特征因素、员工行为因素和外部促进因素。实践表明,文化冲突在一定程度上影响了国家实验室管理绩效,但其消解是困难的。国家实验室成熟的标志在于其管理文化的作用机制建立和完善,各利益相关者要遵循文化冲突、融合的规律,采取恰当的文化整合策略,使之成为提高国家实验室管理运营价值倍增的动力之源。

热拉式多材料纤维光电子技术研究进展与展望

随着纺织工程和材料科学的快速发展,智能纤维与织物以其柔软、轻便、透气等优势成为可穿戴设备的首选载体。热拉式多材料光电子纤维有望通过热拉制工艺发展为具有多参量感知、温度调控、信息交互等功能的智能纤维。为使热拉式多材料光电子纤维可更好地服务于纺织行业,重点讨论了热拉式多材料纤维光电子技术的研究进展,总结了热拉纤维内微纳结构的调控机制,阐述了热拉式多材料纤维在传感、能源、生物、医疗等场景中的应用,并展望了热拉式多材料纤维光电子技术未来在材料选择及研发、纤维结构调控、纺织加工、多功能集成、人工智能5个方面的研究趋势。最后指出:热拉式多材料光电子纤维未来将从单一功能向多功能、力学性能改善、智能计算等方向发展,以便更好地与传统纺织加工技术结合,进一步提升织物的功能性、穿戴舒适性、场景普适性。

MXene在压力传感中的研究进展

近年来,压力传感器在智能可穿戴纺织品、健康监测、电子皮肤等领域得到了广泛应用。二维纳米材料MXene的出现,为压力传感带来了全新的突破。Ti3C2Tx是压力传感领域研究最多的MXene,具有良好的机械性能、高导电性、优异的亲水性以及广泛的可修饰性,是理想的压力传感材料。因此,近些年研究者们对MXene在压力传感器中的设计和应用进行了大量探索和研究。本文总结了MXene的制备技术和抗氧化方法。同时介绍了基于MXene的微结构设计,包括气凝胶/多孔结构材料、水凝胶、柔性衬底和薄膜。该类设计有利于提高压力传感器的响应范围、灵敏度和柔韧性,促进了压力传感器的快速发展。此外,进一步探讨了MXene压力传感器的工作机制,包括压阻式、电容式、压电式、摩擦电式、电池式和纳米流体式等。MXene以其优异的特性而在各种机制的传感器中得到了广泛应用。最后,对MXene材料的合成、性质以及其在压力传感方面的机遇和挑战进行了展望。

基于光遗传学技术的脑机接口研究进展

脑机接口作为一种大脑和外部设备之间的双向通信系统,在增强脑功能、人机交互和神经康复方面得到了广泛应用。基于光遗传学技术的脑机接口,弥补了电极刺激在生物兼容性、刺激精度与细胞类型特异性上的缺陷,成为神经工程领域的研究热点。综述了光遗传学脑机接口在动物实验中的应用,以及在闭环调控脑区活动、反馈虚拟感觉和脑-脑交互等方面取得的研究进展;介绍了集成化和微型化新型光遗传学接口的研究前沿;总结了光遗传学脑机接口面临的挑战,以及探讨在多模态脑活动监测和脑-机智能等方向的发展前景。

基于纤维芯层流体力学方法制备聚合物功能微球研究进展

聚合物复合微球在医药、传感、光学、显示等领域,特别是在医药领域的临床诊断、病理成像和药物输送等方面具备重要应用价值。但是,聚合物复合微球的合成路线复杂、加工效率低下,常规工艺通常难以兼顾微球粒径单分散性、生产成本、产量等综合要求。近年来,纤维芯层流体力学方法依据纤维内发生的流体界面不稳定性(PRI)现象,可在微纳米尺度制备具有高度单分散性的聚合物微球,同时成本可控,适合批量生产。本文综述了流体界面不稳定性原理、纤维芯层PRI方法制备工艺、功能微球和结构微球的纤维芯层PRI方法制备等方面的最新进展,以及针对纤维芯层PRI方法的最新改进。

锂离子电池快充石墨负极材料研究进展

锂离子电池广泛应用于电动汽车和储能领域,石墨负极材料受制于缓慢的嵌锂动力学和低的工作电位,其高倍率充放电下的容量、稳定性和安全性无法满足快充电池的应用需求。本文分析了快充石墨负极材料面临的主要挑战,着重介绍了石墨负极本征结构和浓差极化等限制其快充性能的内在因素,总结了通过石墨负极结构设计、化学修饰和表面包覆等策略提升石墨负极快充性能的方法,重点分析了增强石墨负极材料中离子电子传输、降低界面电阻等作用机理,展望了快充石墨负极的发展前景。结合现有研究成果,提出硬碳包覆微晶石墨策略,有望从材料设计层面大幅提升石墨的倍率性能,为高功率、高能量密度的LIBs石墨负极材料设计提供指导。

激光选区熔化成形AZ91D镁合金的力学性能与精度研究

激光选区熔化(selective laser melting,SLM)增材制造技术可实现镁合金零件的快速制造,但有关SLM成形镁合金力学性能和成形精度的综合研究较少。以AZ91D镁合金为对象,研究了SLM成形镁合金的致密化行为、组织结构、力学性能、表面粗糙度和尺寸精度。结果表明:当实体填充所用的激光能量密度大于110 J/mm3时,成形试样可达到高度致密(致密度>99.5%),但致密度与激光能量密度并无严格的一一对应关系。高致密样品呈现微细枝晶状显微组织,极限抗拉强度、屈服强度、伸长率均超过同牌号压铸件。仅采用实体填充时,高致密、高性能样品的加工误差较小,为0.25%,但表面粗糙度较高,为(17.7±1.9)μm;加入适当的轮廓扫描后,可以将表面粗糙度降低至(14.4±1.1)μm,加工误差降低至0.12%。

光盘多阶调制编码优化方法研究

传统的光存储系统中采用游程长度受限(RunLengthLimited,RLL)调制技术,受限于光学衍射极限,容量提升难度大。多阶光存储技术采用新型多阶记录介质或多阶调制技术,在不改变光学参数的情况下可以显著的提高光存储的密度和容量。多阶RLL调制编码则是多阶光存储技术中的关键技术,为提高光存储的密度和容量,针对光盘存储研究多阶调制编码优化方法,提出4阶RLL(1,7)调制编码方法,相较于蓝光光盘现采用的17PP编码方法,最大记录密度可达2.4bit,光盘容量提升50%,并具有一定的纠错能力。

高平均功率高次谐波光源的研究进展(特邀)

阿秒激光脉冲(10-18 s)具有超高的时间分辨率,可以用于实现原子分子内的电子动力学的探测,这使阿秒科学成为超快光学领域里最受关注的研究前沿。传统的钛宝石飞秒激光驱动的高次谐波阿秒脉冲平均功率较低。最近,高平均功率的掺镱激光发展迅速,为产生高功率高次谐波阿秒脉冲提供了良好的驱动源。本文回顾了近二十年高重频的高次谐波光源的平均功率和最高光子能量逐步提高的研究进展,并介绍了高重频高次谐波阿秒脉冲在泵浦探测实验和相干成像等方面的应用和前景。

非集成微腔中的光学频率梳研究进展(特邀)

光学频率梳在频域上是一系列离散的、等间隔的、具有稳定相位关系的谱线,光谱覆盖范围可达百太赫兹量级,被称为光学标尺,它的出现显著提高了时间与频率的测量精度,其重要性得到了广泛认可,该领域科学家也因此获得了2005年诺贝尔物理学奖。早期的光频梳系统由固态锁模激光器构成,系统复杂且体积庞大。近年来,新兴的微腔光频梳以小型化、低功耗、相对简易的产生系统等优势极大促进了光频梳技术的发展。由于制备相对简单,且具有超高的品质因子和丰富的模式族,非片上集成的光学微腔为克尔光频梳提供了更为便利的研究平台,进一步拓展了克尔光频梳的应用场景。本文介绍了微腔光频梳的理论模型,描述了微腔光频梳的产生过程与产生方式,梳理了克尔光频梳在各类非集成微腔中的研究进展,展示了非集成微腔光梳的应用场景,总结了目前非集成微腔光梳研究所面临的挑战,并对该领域未来的研究趋势进行了展望。

基于二氧化钒相变材料的光电器件激光防护研究

随着激光致盲武器的快速发展,与之对应的激光致盲防护技术逐渐成为了一项重要的研究。相变材料二氧化钒(VO_(2))因在合适的热、光、场等激励下发生半导体相与金属相的可逆相变导致光学和电学特性的显著变化而受到激光防护领域的持续关注。使用Drude-Lorentz模型对VO_(2)的光学常数进行了研究,针对单层二氧化钒在半导体相红外透过率不够高的问题进行了多层膜设计和优化,并实际制作了多层膜系。使用激光器与傅里叶红外光谱仪测试制备的VO_(2)薄膜,得到了薄膜的相变与防护效果等性能,验证了VO_(2)良好的激光致盲防护性能,实际测试表明半导体相的透过率大于92%,相变前后多层膜系的红外开关率超过98%。

全息存储中的纠错码研究综述

大数据时代对于高密度大容量的存储技术需求与日俱增。与传统存储技术的按位记录方式不同,全息存储以二维数据页为读写单位,采用三维体存储模式,凭借存储密度高、数据转换速率快、节能安全以及超长期保存等优势,成为海量冷数据存储的有力竞争者。重点介绍了相位调制的同轴全息存储,分析了目前面向全息存储的纠错码研究现状,并详细介绍了一种参考光辅助的低密度奇偶校验LDPC码优化方案。

基于单一元件产生太赫兹无衍射波束技术研究

提出了一种新型的光学元件,可以产生与元件具有一定距离的无衍射波束。普通轴棱锥的横截面为等腰三角形,通过在两个腰上限定抛物线进行元件设计,采用3D打印技术制作了不同结构参数的光学元件。角谱理论的仿真计算结果以及在0.1 THz频率下进行的实验结果,都清晰地表明了产生的无衍射波束与元件之间具有一定距离。利用空间频谱对元件的波束行为进行分析,结果表明,该元件产生了一种新型的无衍射波束,根据元件的空频形状,将元件产生的无衍射波束命名为“梳状空频无衍射波束”。

新工科工程科学创新人才培养特色及其启示——基于华中科技大学工程科学学院的实践

破解"卡脖子"困局,要重视新工科工程科学创新人才培养。华中科技大学工程科学学院创新人才培养实践及成效,显示其已形成对标一流工程教育理念确立人才培养目标、依托优势学科和大平台设置交叉学科专业、依靠国际化办学团队保证一流教育教学质量、导师制与个性化教育提升学生素质与能力等特色。实践启示是:新工科工程科学创新人才培养需吸收先进工程教育理念、明确人才培养目标,打造多模块交叉学科课程与实践体系,用国际化视野及举措汇聚优质资源。

含TiO2多元系玻璃与玻璃陶瓷及其光电子应用研究进展

玻璃和玻璃陶瓷作为一种重要的光功能材料,在显示、照明、闪烁体、激光器和光纤放大器等领域有着重要的应用。二氧化钛(TiO 2)具有高折射率和高介电系数,研究表明,添加TiO 2能够降低玻璃的声子能量、改善稀土离子的发光性能;同时,含TiO 2玻璃陶瓷不仅能够促进稀土离子的发光,而且还能作为一种闪烁体应用于辐射探测领域。概括了含TiO 2玻璃的制备方法,包括高温熔融-淬火法、溶胶-凝胶法以及无容器悬浮技术,其中无容器悬浮技术为高TiO 2含量玻璃的制备提供了新的途径。简要介绍了含TiO 2玻璃和玻璃陶瓷的结构和性能,包括TiO 2的配位、玻璃的声子能量和热学性能等。调研了近几年含TiO 2玻璃和玻璃陶瓷在辐射发光和闪烁发光方面的研究进展。最后,探讨了含TiO 2玻璃和玻璃陶瓷存在的问题和未来的发展趋势,并总结得出了含TiO 2多元系玻璃和玻璃陶瓷有望成为光电子应用新材料的研究热点。

基于LIBS的山药饮片产地溯源研究

山药为薯蓣科植物薯蓣的根茎,其中的多糖、多酚、皂苷、黏蛋白和维生素C等成分使山药具有抗肿瘤、抗氧化、抗炎症、降血糖和降血脂等作用。不同产地的山药由于生长条件存在差异,致使药用成分含量显著不同,结合独特的炮制工艺,进而导致市场价格差别大,所以山药饮片的产地识别至关重要。为对山药饮片进行产地溯源,本文基于激光诱导击穿光谱(LIBS)技术提出多元散射矫正-改进遗传算法-支持向量机(MSC-IGA-SVM)模型对山药产地进行精确识别。使用八个不同产地的山药饮片进行LIBS实验,八种产地的山药饮片磨粉过筛后制成粉末压片,通过采集山药饮片的LIBS光谱,分别使用单一分类器与使用光谱预处理、特征提取及模式识别算法的模型对光谱的识别结果进行对比。将光谱信号按2∶1的比例划分为训练集和测试集,使用5次交叉验证K-邻近算法(KNN)模型的测试集准确率作为预处理参数优化的评价指标。各类药材的平均光谱整体趋势一致,所含谱峰基本相同,但因产地不同导致峰值强度各不相同,道地山药对一些金属元素(K,Na,Ca,Mg,Al)的富集能力大于非道地产区山药,其中,K元素特征谱线(769.90 nm)的峰值最高,即山药饮片中K元素含量最多,相关研究表明山药根茎对K元素的富集能力最强。选取35条关键谱线进行分析,在识别种类多、识别难度大的情况下,改进遗传算法(IGA)比主成分分析(PCA)更能清楚辨别光谱中的非线性关系,同时受噪声的影响更小。MSC-IGA-SVM模型的产地溯源效果最好。MSC-IGA-SVM模型的交叉验证集准确率为96.9%,测试集的准确率为97.32%,与直接使用原信号建立的最好模型支持向量机(SVM)(96.43%)相比,测试集准确率提高了0.87%。同时,MSC-IGA-SVM模型将输入变量的维度减少了99.93%。结果表明,LIBS技术结合MSC-IGA-SVM模型能够快速、准确对山药饮片进行产地溯源。

激光诱导击穿光谱技术应用研究进展(特邀)

激光诱导击穿光谱技术因其具有制样简单、快速、原位、远程、全元素同步分析等优点,在煤炭检测、冶金分析、生物医学、水质检测等领域具有重要的应用前景,被誉为“未来分析化学巨星”。激光诱导击穿光谱技术在各个领域中发展速度迅猛、研究成果显著。基于此,本文重点阐述了激光诱导击穿光谱技术在煤炭检测、冶金分析、生物医学、水质检测四个领域近五年的研究进展,讨论了当前研究的热点和难点,并对其未来发展趋势进行了展望。

高速直接调制半导体激光器研究进展

直接调制半导体激光器因其具有高速传输、高可靠和低成本等特点,成为应用在第五代移动通信技术(5G)前传和数据中心中的高性价比光源。高速直接调制半导体激光器性能提升已有许多研究,文章分别从无制冷宽温工作高速半导体激光器研究方面和超高速半导体激光器方面对高速直接调制半导体激光器的基本理论和发展历程进行了综述,分析各自的优缺点,并介绍了研发团队在这些方面取得的部分进展。

细胞色素c甲硫氨酸氧化机制的NMR研究

细胞在呼吸作用中产生活性氧,活性氧含量处于低水平时有利于信号传导,累积过量时会引发蛋白质氧化修饰.细胞色素c是位于线粒体内的多功能金属蛋白,其发生氧化修饰特别是甲硫氨酸Met80的亚砜化修饰可能影响蛋白构象变化,但其机制仍不清楚.本研究通过13C选择性标记细胞色素c上甲硫氨酸的末端甲基,利用液体核磁共振技术,追踪了细胞色素c在氧化环境中的氧化修饰变化.发现在氧化环境中,该蛋白质先由还原态转化为氧化态,当活性氧达到一定量时,再发生甲硫氨酸Met80的亚砜化修饰,但在活性氧作用初期未导致明显的蛋白结构变化.这表明细胞色素c具有一定抵御活性氧的作用.

双脉冲激光锡等离子体数值模拟研究

为了提高13.5 nm激光锡等离子体光源的极紫外辐射转换效率,双脉冲技术是一种行之有效的方法,通过数值模拟获得基于双脉冲激光驱动的液滴锡靶等离子体参数的演化行为与辐射机理对设计优化实验方案具有重要意义。利用Flash代码数值模拟研究了双脉冲激光辐照液滴锡靶产生的等离子体在不同波长组合及延时情形下的演化行为,研究结果表明:在双脉冲的时间延时间隔恒定时,主脉冲激光能量的增加会提高等离子体羽辉膨胀速度,导致更高的等离子体温度。随着CO_(2)激光与光纤激光脉冲之间延时的增加,靶材表面等离子体的峰值电子密度逐渐减少,渐趋于临界电子密度,等离子体冕区的电子温度呈下降趋势,且由等温膨胀转换为绝热膨胀的时间间隔增加。CO_(2)激光与光纤激光组合驱动的锡等离子体具有更加合适的极紫外辐射等离子体温度,具有获得较高极紫外辐射转换效率的潜力。